电子技术课件006.ppt

1、第6章 直流稳压电源,6.1 整流滤波电路,6.2 线性稳压电路,6.3 开关电源电路,6.4 其他电源电路,6.1 整流滤波电路,常用的小功率直流稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路四部分组成，图6-1是小功率直流稳压电源的结构框图及相应的波形。,图6-1小功率直流稳压电源的结构框图及波形,图6-2a 单相半波整流电路图,电路如图6-2a所示，图中Tr为电源变压器，它的作用是将交流电网电压u1变换成符合整流电路要求的交流电压 ，V为整流二极管，RL是要求直流供电的负载电阻。,6.1.1 单相半波整流电路,6.1.1 单相半波整流电路,图6-2b 单相半波整流电路电压波形,在变压

2、器副边电压u2的正半周，二极管V导通，输出电压uo= u2；在u2的负半周，二极管V截止，输出电压uo= 0。因此，uo是单向的脉动电压，波形如图6-2b所示。,单相半波整流电压的平均值为,流过负载电阻RL的电流平均值为,流经二极管的平均电流为,二极管在截止时所承受的最大反向电压为,单相半波整流电路的优点是结构简单，价格便宜，缺点是输出直流成分较低，脉动大，因此，只能用于输出电压较小，要求不高的场合。,6.1.2 单相桥式整流电路,图6-3a 单相桥式整流电路,图6-3b简化画法,电路如图6-3a所示，四只整流二极管V1 V4接成电桥形状，故有桥式整流电路之称。图6-3b是它的简化画法。,在u

3、2的正半周（设A端为正，B端为负时是正半周），二极管V1、V3导通，V2、V4截止，流过负载的电流如图6-3a中实线箭头所示；在u2的负半周，二极管V2、V4导通，V1、V3截止，流过负载的电流如图6-3a中虚线箭头所示。负载上的电压uo（电流的波形与uo相同）波形如图6-4所示，它们都是单方向的全波脉动波形。,图6-4 单相桥式整流波形图,单相桥式整流电压的平均值为,流过负载电阻RL的电流平均值为,由于二极管V1、V3和 V2、V4是两两轮流导通的，所以流经每个二极管的平均电流为,二极管在截止时所承受的最大反向电压为,单相桥式整流电路的优点是输出电压高，纹波电压较小，管子所承受的最大反向电压

4、较低，同时因电源变压器在正负半周内都有电流供给负载，电源变压器得到充分的利用，效率较高，应用最广泛。缺点是二极管较多。,6.1.2 单相桥式整流电路,6.1.3 滤波电路,1.电容滤波电路,整流电路虽然能把交流电转换为直流电，但是输出的都是脉动直流电，其中仍含有很大的交流成份，称为纹波。为了得到平滑的直流电，必须滤除整流电压中的纹波，这一过程称为滤波。常用的滤波电路有电容滤波、电感滤波、复合滤波。,图6-5a 桥式整流电容滤波电路,（1）滤波原理,图6-5a所示为桥式整流电容滤波电路，是在整流电路的负载上并联一个电容C构成的，电容一般采用带有正负极性的大容量电容器，如电解电容等。,1.电容滤波

5、电路,图6-5b 桥式整流电容滤波电路波形,（1）滤波原理,设uC的初始值为0，在接通电源的瞬间，当u2由0开始上升，二极管V1、V3导通，电源向负载RL供电的同时，也向电容C充电，uC随u2的增大上升至最大值（图6-5b中0a段）；,当u2达到最大值后，开始下降，当uCu2时，4只二极管全部反向截止，电容C以时间常数 通过RL放电，电容电压uC下降，直至下一个半周u2= uC时（图6-5b中ab段）；,当u2uC时，二极管V2、V4导通，电容电压uC又随u2的增大上升至最大值（图6-5b中bc段）；,然后u2下降，当u2uC时，二极管全部截止，电容C以时间常数 通过RL放电，直至下一个半周u

6、2= uC时（图6-5b中cd段）。,由波形可见，桥式整流接电容滤波后，输出电压的脉动程度大为减小。,1.电容滤波电路,（2）Uo的大小与元件的选择,在工程上一般采用经验公式估算电容滤波器输出电压，如下：,为了获得比较平滑的输出电压，一般要求,二极管的最高反向工作电压：对于单相桥式整流电路而言，无论有无滤波电容都是,半波整流（有电容滤波） Uo= U2 全波整流（有电容滤波） Uo= 1.2U2,电容器耐压考虑电网电压10%波动，应大于,电容滤波电路结构简单，输出电压较高，脉动较小，但电路的带负载能力不强，因此，电容滤波电路一般适用于负载电流较小，负载变化不大的场合。,2.电感滤波电路,图6-

7、7 桥式整流电感滤波电路,电感滤波电路利用电感电流不能突变的特点，在桥式整流电路与负载之间串入一个电感L，以达到使输出电流平滑的目的，电路如图6-7所示。从能量的观点看，当电源提供的电流增大（由电源电压增加引起）时，电感L把能量存储起来；而当电流减小时，又把能量释放出来，使负载电流平滑，所以电感L有平波作用。电感滤波适用于负载电流较大的场合。它的缺点是制作复杂、体积大、笨重，且存在电磁干扰。,3.复合滤波电路,图6-8 复合滤波电路,当单独使用电容或电感进行滤波，效果仍不理想时，可采用复合滤波电路，如图6-8所示。,a）LC滤波电路,b）LC型滤波电路,c）RC型滤波电路,6.1.4 倍压整流

8、电路,二倍压整流电路如图6-9a所示。其工作原理是：在u2的正半周，V1导通，V2截止，电容C1被充电到接近u2的峰值u2m，在u2 的负半周，V1截止，V2导通，这时变压器次级电压u2与C1 所充电压极性一致，二者串联，且通过V2 向C2充电使C2上充电电压可接近2u2m 。当负载RL并接在C2两端时（RL一般较大），则RL 上的电压UL也可接近2u2m 。,图6-9a 二倍压整流,图6-9b n倍压整流,图6-9b为n倍压整流电路，整流原理相同。可见，只要增加整流二极管和电容的数目，便可得到所需要的n倍压（n个二极管和n个电容）电路。,6.2 线性稳压电路,交流电经整流、滤波后，输出电压中

9、仍有较小的纹波，为使输出的直流电压不随电网电压的波动和负载的变化而变化，必须在整流、滤波电路后增加稳压电路。稳压电路分为稳压管稳压电路和串联型稳压电路。,稳压系数S反映电网电压波动时对稳压电路的影响。定义为当负载固定时，输出电压的相对变化量与输入电压的相对变化量之比。,6.2.1 稳压电路的主要技术指标,1.稳压系数 S（越小越好）,2.输出电阻Ro（越小越好）,输出电阻用来反映稳压电路受负载变化的影响。定义为当输入电压固定时输出电压变化量与输出电流变化量之比。它实际上就是电源戴维南等效电路的内阻。,6.2.2 稳压管稳压电路,稳压管稳压电路是最简单的一种稳压电路，如图6-10所示，R是限流电

10、阻，因其稳压管VZ与负载电阻RL并联，又称为“并联型稳压电路”。这种电路主要用于对稳压要求不太高的场合，有时也作为“基准电压”或“辅助电源”使用。,图6-10 稳压管稳压电路,6.2.2 稳压管稳压电路,引起电压不稳定的原因是交流电源电压的波动和负载的变化。,设负载RL不变，Ui因交流电源电压增加而增加，则负载电压U也要增加，稳压调节过程如图6-11a所示。当Ui因交流电源电压降低而降低时，稳压过程与上述过程相反。,如果保持电源电压不变，负载RL减小，负载电流I增大时，电阻R上的压降也增大，负载电压U因此下降，稳压调节过程如图6-11b所示。当负载电阻RL增大时，稳压过程相反。,图6-11a,

11、图6-11b,选择稳压管时，一般取,6.2.3 串联型稳压电路,串联型稳压电路的一般结构图如图6-12所示，由采样环节（R1、R2）、基准环节（基准电压源UREF）、放大环节（A）、调整环节（V）四部分组成。因为主回路是由调整管V与负载RL串联构成，故称为串联型稳压电路。,图6-12 串联型稳压电路的一般结构图,6.2.3 串联型稳压电路,分立元件组成的串联稳压电源电路如图6-13所示，工作原理是：变压器Tr将220V市电降成需要的电压，经过桥式整流和滤波，将交流电变成直流电并滤去纹波，最后经过简单的串联稳压电路，输出端得到稳定的直流电压。,图6-13 简单的串联稳压电源,6.2.4 三端集成

12、稳压器,三端集成稳压器，只有三个端子：输入端、输出端和公共端，基本上不需要外接元件，而且芯片内部有过流保护、过热保护及短路保护电路，使用方便、安全。三端集成稳压器分固定输出和可调输出两大类。,三端固定输出集成稳压器的输出电压是固定的，常用的是CW7800/CW7900系列。W7800系列输出正电压，其输出电压有5、6、7、8、9、10、12、15、18、20和24V共11个档次。该系列的输出电流分5档，7800是1.5A，78M00是0.5A，78 L00是0.1 A，78T00是3A，78H00是5A。 W7900系列与W7800系列所不同的是输出电压为负值。,1.三端固定输出集成稳压器,三

13、端固定输出集成稳压器的外形及典型应用电路如图6-14所示。输入端接整流滤波电路，输出端接负载；公共端接输入、输出端的公共连接点。为使它工作稳定，在输入、输出端与公共端之间分别并接一个电容。正常工作时，输入、输出电压差23V。电容C1用来实现频率补偿，C2用来抑制稳压电路的自激振荡，C1一般为0.33F， C2一般为1F。使用三端稳压器时注意一定要加散热器，否则是不能工作到额定电流。,1.三端固定输出集成稳压器,图6-14 三端固定输出集成稳压器的外形及典型应用电路,引脚说明：78系列1-ui 2- uo 3- GND 79系列1- GND 2- uo 3- ui,三端可调输出集成稳压器是在三端

14、固定输出集成稳压器基础上发展起来的生产量大、应用面广的产品，有正电压输出LM117、LM217和LM317系列；负电压输出LM137、LM237和LM337系列两种类型，它既保留了三端稳压器的简单结构形式，又克服了固定式输出电压不可调的缺点，在内部电路设计上及集成化工艺方面采用了先进的技术，输出电压在1.2537V范围内连续可调。稳压精度高、价格便宜。,2.三端可调输出集成稳压器,图6-15 三端可调输出集成稳压器的典型应用电路,LM317是三端可调稳压器的一种，它具有输出1.5A电流的能力，典型应用电路如图6-15所示。,输出电压的近似表达式是,Micrel公司生产的三端稳压器MIC2915

15、0，具有3.3V、5V和12V三种电压，输出电流1.5A，具有和7800系列相同的封装，与7805可以互换使用。该器件的特点是：压差低，在1.5A输出时的典型值为350mV，最大值为600mV；输出电压精度；最大输入电压可达26V，输出电压的温度系数为20 mV /，工作温度40125；有过流保护、过热保护、电源极性接反及瞬态过压保护（2060V）功能。该稳压器输入电压为5.6V，输出电压为5.0V，功耗仅为0.9W，比7805的4.5W小得多，可以不用散热片。如果采用市电供电，则变压器功率可以相应减小。,3.其他集成稳压器,6.3 开关电源电路,当稳压电源中的调整管V 在控制脉冲作用下，工作

16、于开关状态，通过适当调整开通和关断的时间，可使输出电压稳定的稳压电源称为开关稳压电源。调整管开通和关断时间的控制方式有两种：一种是固定开关频率，控制脉冲宽度（PWM脉冲宽度调制）；一种是固定脉冲宽度，控制开关频率（PFM脉冲频率调制）。开关型稳压电源具有体积小、重量轻、功耗小、效率高、稳压范围宽、可靠性高等优点。但同时也存在电路复杂，维修麻烦，高次谐波辐射易对电路构成干扰等缺点。按开关管与负载的连接方式可将开关型稳压电源分为串联开关型稳压电源和并联开关型稳压电源两种类型。,6.3.1 开关电源的特点及类型,图6-16所示为串联开关型稳压电路，开关调整管V1与负载RL串联。调整管工作在开关状态（

17、即饱和导通和截止两种状态）。,6.3.2 开关电源基本结构与工作原理,1.基本结构,图6-16 串联开关型稳压电路,6.3.2 开关电源基本结构与工作原理,2.工作原理,图6-17 串联开关型稳压电路波形图,基准电压电路提供稳定的基准电压UREF，比较放大器A1对取样电压UF与基准电压UREF的差值进行放大，其输出电压UA送到电压比较器A2的同相输入端。振荡器产生一个频率固定的三角波UT，它决定了电源的开关频率。UT送到电压比较器A2的反相输入端，与UA进行比较。当UAUT时，A2输出电压UB为高电平，调整管V1饱和导通；当UAUT时，输出电压UB为低电平，调整管V1截止。波形如图6-17所示

18、。,6.3.3 实际开关电源电路,图6-19 MAX668组成的升压电源,6.4 其他电源电路,直流-直流（DC-DC）电压变换电路是指将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电，也称为直流斩波电路或直流-直流变换器。直流-直流（DC-DC）电压变换电路有六种基本电路：降压式变换电路（Buck电路）、升压式变换电路（Boost电路）、升降压式变换电路（Buck- Boost电路）、Cuk电路、Zeta电路、Sepic电路。,1.Buck电路,图6-20 Buck电路基本结构,图6-21a) VT导通时等效电路,图6-21b) VT关断时等效电路,2.Boost电路,图6-22 Boost电路基

19、本结构,图6-23a) VT导通时等效电路,图6-23b) VT关断时等效电路,3.Buck-Boost电路,图6-24 Buck-Boost电路基本结构,图6-25a) VT导通时等效电路,图6-25b) VT关断时等效电路,本章小结,1.直流稳压电源由整流电路、滤波电路和稳压电路组成。整流电路将交流电压变为脉动的直流电压，滤波电路可减小脉动使直流电压平滑，稳压电路的作用是在电网电压波动或负载发生变化时保持输出电压基本不变。 2.按交流电类型不同可分为单相整流和三相整流；按输出波形不同可分半波整流和全波整流。最常见的整流电路是单相桥式整流电路，其输出电压约为0.9U2（U2为变压器副边电压有效